一種復合型cmos圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】一種復合型CMOS圖像傳感器，包括光電二極管(110)、復位MOS管(120)、條件復位MOS管(130)、模式選擇MOS管(210)、與二極管連接的MOS管(220)、放大管(410)、行選擇MOS管(510)和電流源(610)。
【專利說明】
-種復合型CMOS圖像傳感器
技術領域
[0001] 本發明設及一種圖像傳感器，具體設及一種復合型CMOS圖像傳感器。
【背景技術】
[0002] 圖像傳感器是圖像獲取設備的核屯、，是將光學圖像轉換成電信號圖像的半導體器 件，傳統的圖像傳感器分為CCD(電荷禪合器件）圖像傳感器與M0S圖像傳感器。當前由于 CMOS圖像傳感器具有低功耗、高信噪比和高速度等方面的優點而廣泛應用。
[0003] 傳統的CMOS圖像傳感器像素部分主要由光電二極管、M0S管、由M0S管構成的放大 器和M0S管開關組成。
[0004] 當前有源式像素結構(APS)為3T型結構，如圖1所示，3T型像素單元結構圖，其中包 括光電二極管D1，將接收到的光信號轉換為電信號。
[0005] 復位晶體管M1，用于在曝光前對所述光電二極管D1進行復位，復位信號由RST信號 控制。當所述復位信號RST為高電平時，Ml漏極接電源VDD，在電源VDD作用下，對所述光電二 極管復位，即清除全部積累的電荷。
[0006] 放大晶體管M2,用作源極跟隨器，將所述光電二極管D1產生的電信號進行放大。一 般M2用一個NM0S管，其漏極接電源VDD，源極作為放大信號的輸出端。
[0007] 行選擇晶體管M3,用于將所述放大器M2的源極輸出的放大信號選擇性輸出。一般 選用一個NM0S，選擇控制信號由RS信號控制，其源極接所述放大器M2的源極，所述行選擇晶 體管漏極作為輸出。
[000引由于動態范圍性能對CMOS圖像傳感器的性能影響愈發嚴重，如何擴展動態范圍成 了當前的熱點。目前常用的動態范圍擴展技術有多次采樣，條件重置，對數擴展，局部曝光 等方法。但是運些方法都處于起步階段，各種方法都有各自的弊端，因而，沒有一種技術能 夠有絕對的優勢。
[0009] 現有的CMOS圖像傳感器存在W下問題：
[0010] 1、光電二極管感光限制，在弱光調節下，圖像傳感器無法探測；
[0011] 2、針對條件重置技術，多次復位增加了功耗；
[0012] 3、針對對數響應技術，其信噪比低，固定模式噪聲影響大。
【發明內容】
[0013] 針對CMOS圖像傳感器所遇到的上述問題，本發明提供了一種復合型CMOS圖像傳感 器，其中包括光電二極管（110)、復位M0S管（120)、條件復位M0S管（130)、模式選擇M0S管 (210)、與二極管連接的M0S管(220)、放大管(410)、行選擇M0S管(510)和電流源(610)。
[0014] 其中，所述光電二極管（110)的正極接地，負極接所述復位M0S管（120)的源極，所 述光電二極管（110)作為感光器件。
[0015] 所述復位M0S管（120)用于在曝光前對所述光電二極管（110)進行復位，所述復位 M0S管（120)的漏極接電源VDD，柵極接復位信號RST，源極接所述光電二極管（110)的負極。
[0016]所述條件復位MOS管（130)用于在弱光調節下進行條件重置，所述條件復位MOS管 (130)的漏極接電源VDD，柵極接條件重置信號CRST，源極接所述光電二極管（110)的負極。 [0017]所述模式選擇M0S管(210)用于進行開關選擇，所述模式選擇M0S管(210)的漏極接 電源V孤，柵極接模式選擇信號化0G，源極接所述與二極管連接的M0S管(220)的漏極。
[0018] 所述與二極管連接的M0S管(220)用于在中強光下實現對數響應，所述與二極管連 接的M0S管(220)的漏極和柵極相連，源極接所述光電二極管（110)的負極。
[0019] 所述放大管(410)用于將感應的電荷進行放大并且轉移成電壓信號，其柵極的寄 生電容用于存儲電荷，所述放大管(410)的漏極接電源VDD，柵極接接所述光電二極管（110) 的負極，源極接所述行選擇M0S管(510)的漏極。
[0020] 所述行選擇M0S管（510)用于對像素進行選擇輸出，所述行選擇M0S管（510)，的漏 極接所述放大管(410)的源極，柵極接行選擇信號RS，源極做輸出。
[0021] 所述電路源(610)的漏極接輸出，柵極接偏置電壓信號，源極接地。
[0022] 優選地，所述復合型CMOS圖像傳感器還包括設置在所述光電二極管（110)和所述 放大管(410)之間的輔助光電二極管(310)，所述輔助光電二極管(310)的負極接所述光電 二極管（110)的負極，所述輔助光電二極管(310)的正極接所述放大管(410)的柵極。
[0023] 優選地，所述光電二極管（110)為感光PN結或者P inned光電二極管。
[0024] 優選地，所述輔助光電二極管(310)為感光PN結或者Pinned光電二極管。
[0025] 優選地，本發明的另一個方面是整個電路的實現均可W由標準CMOS工藝片內實 現，通過控制電路進行智能選擇策略，在整個應用范圍內擴展CM0姻像傳感器的動態范圍。
[0026] 本發明還提供了一種復合型CMOS圖像傳感器的控制方法，在弱光條件下進行條件 重置模式;在中強光條件下，對像素進行周期性的單管和雙管交替工作模式，控制信號化0C 與RST信號反相，在一個積分周期內，實現一次單管對數和一次雙管對數響應。
[0027] 本發明提供的結構，通過調節控制信號，可W在Ξ種模式下工作，分別為條件重置 有源像素、單管對數有源像素和雙管對數有源像素。由于對數響應技術在弱光下的靈敏度 低，故在弱光調節下實現條件重置有源像素;在中強光條件下對像素進行周期性的單管和 雙管交替工作模式，因此運種像素結構稱為復合型對數有源像素，其工作模式如表1所示。
[0028] 表1復合型CMOS圖像傳感器工作模式 Γ00291
[0030]本發明的復合型CMOS圖像傳感器具有如下技術效果：
[0031 ] 1、通過調節控制信號可W實現Ξ種工作模式，充分發揮各個模式的優勢，分段提 供動態范圍；
[0032] 2、利用復合型的結構，可W降低圖像傳感器的功耗；
[0033] 3、改進了對數有源像素在弱光下靈敏度低，消除了圖像傳感器中固定模式噪聲。
【附圖說明】
[0034] 圖1為傳統CMOS圖像傳感器結構示意圖；
[0035] 圖2為本發明的復合型CMOS圖像傳感器結構示意圖；
[0036] 圖3為本發明的復合型CMOS圖像傳感器主要工作時序圖；
【具體實施方式】
[0037] 本發明提供的復合型CMOS圖像傳感器一種【具體實施方式】由圖2所示，其中包括光 電二極管110、復位M0S管120、條件復位M0S管130、模式選擇M0S管210、與二極管連接的M0S 管220、放大管410、行選擇M0S管510和電流源610組成。
[0038] 所述光電二極管110,可W是感光PN結或者Pinned光電二極管，正極接地，負極接 復位M0S管120的源極，其作用是感光器件。
[0039] 所述復位M0S管120,可W是醒0S管，用于在曝光前對所述光電二極管110進行復 位，復位M0S管120的漏極接電源VDD，柵極接復位信號RST，源極接所述光電二極管110的負 極。
[0040] 所述條件復位M0S管130,可W是醒0S管，用于在弱光調節下進行條件重置，所述條 件復位M0S管130的漏極接電源VDD，柵極接條件重置信號CRST，源極接所述光電二極管110 的負極。
[0041] 所述模式選擇M0S管210，可W是醒0S管，用于進行開關選擇，所述模式選擇M0S管 210的漏極接電源VDD，柵極接模式選擇信號化0G，源極接所述與二極管連接的M0S管220的漏 極。
[0042] 所述與二極管連接的M0S管220,可W是醒0S管，用于在中強光下實現對數響應，所 述與二極管連接的M0S管220的漏極和柵極相連，源極接所述光電二極管110的負極。
[0043] 所述的放大管410,可W是NM0S管，為了將感應的電荷進行放大并且轉移成電壓信 號，其柵極的寄生電容還起到存儲電荷的作用，410的漏極接電源VDD，410的柵極接接所述 光電二極管110的負極，源極接所述行選擇M0S管510的漏極。
[0044] 所述的行選擇M0S管510,可W是醒0S管，為了對像素進行選擇輸出，其漏極接所述 放大管410的源極，柵極接行選擇信號RS，源極做輸出。
[0045] 所述的電路源610,可W是一個NM0S管，其漏極接輸出，柵極接偏置電壓信號，源極 接地。
[0046] 研究人員發現在光電二極管上再串聯一個光電二極管可W增加對光強的采集效 率，因此，本發明的復合型CMOS圖像傳感器還包括設置在所述光電二極管110和所述放大管 410之間的輔助光電二極管310,所述輔助光電二極管310的負極接所述光電二極管110的負 極，所述輔助光電二極管310的正極接所述放大管410的柵極。
[0047] 所述輔助光電二極管310可W是感光PN結或者Pinned光電二極管。
[0048] 本發明提供的復合型CMOS圖像傳感器，在弱光條件下進行條件重置模式，其時序 圖在此不作寶述，在單管對數和雙管對數切換模式下的主要的工作時序圖由圖3所示，控制 信號化0G與RST信號反相，在一個積分周期內，實現一次單管對數和一次雙管對數響應。
[0049] 本發明不限于運里所述的特定實施例，對本工程領域的技術人員來說能夠基于本 發明思想進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，W上 實施例只是對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于W上實施例，在不脫 離本發明構思的情況下，還可w包括更多其他等效實施例。
【主權項】
1. 一種復合型CMOS圖像傳感器，包括光電二極管（110)、復位MOS管（120)、條件復位MOS 管（130)、模式選擇M0S管（210)、與二極管連接的M0S管（220)、放大管（410)、行選擇M0S管 (510)和電流源(610)，其特征在于： 所述光電二極管（110)的正極接地，負極接所述復位M0S管（120)的源極，所述光電二極 管（110)作為感光器件； 所述復位M0S管（120)用于在曝光前對所述光電二極管（110)進行復位，所述復位M0S管 (120)的漏極接電源VDD，柵極接復位信號RST，源極接所述光電二極管（110)的負極； 所述條件復位M0S管（130)用于在弱光調節下進行條件重置，所述條件復位M0S管（130) 的漏極接電源VDD，柵極接條件重置信號CRST，源極接所述光電二極管（110)的負極； 所述模式選擇M0S管(210)用于進行開關選擇，所述模式選擇M0S管(210)的漏極接電源 VDD，柵極接模式選擇信號VLQG，源極接所述與二極管連接的M0S管(220)的漏極； 所述與二極管連接的M0S管（220)用于在中強光下實現對數響應，所述與二極管連接的 M0S管(220)的漏極和柵極相連，源極接所述光電二極管（110)的負極； 所述放大管(410)用于將感應的電荷進行放大并且轉移成電壓信號，其柵極的寄生電 容用于存儲電荷，所述放大管(410)的漏極接電源VDD，柵極接接所述光電二極管（110)的負 極，源極接所述行選擇M0S管(510)的漏極； 所述行選擇M0S管（510)用于對像素進行選擇輸出，所述行選擇M0S管（510)，的漏極接 所述放大管(410)的源極，柵極接行選擇信號RS，源極做輸出； 所述電路源(610)的漏極接輸出，柵極接偏置電壓信號，源極接地。2. 根據權利要求1所述的復合型CMOS圖像傳感器，其特征在于:所述復合型CMOS圖像傳 感器還包括設置在所述光電二極管（110)和所述放大管（410)之間的輔助光電二極管 (310)，所述輔助光電二極管(310)的負極接所述光電二極管（110)的負極，所述輔助光電二 極管(310)的正極接所述放大管(410)的柵極。3. 根據權利要求1或2所述的復合型CMOS圖像傳感器，其特征在于：所述光電二極管 (110)為感光PN結或者Pinned光電二極管。4. 根據權利要求2所述的復合型CMOS圖像傳感器，其特征在于:所述輔助光電二極管 (310)為感光PN結或者Pinned光電二極管。5. -種如權利要求1-4中任一項所述的復合型CMOS圖像傳感器的控制方法，在弱光條 件下進行條件重置模式;在中強光條件下，對像素進行周期性的單管和雙管交替工作模式， 控制信號Vuk與RST信號反相，在一個積分周期內，實現一次單管對數和一次雙管對數響應。
【文檔編號】H04N5/365GK106060433SQ201610559996
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】王海英, 劉強
【申請人】王海英